BIM技術在既有鐵路車站站改工程施工階段的應用研究

陳一鑫，馬少雄，徐 宏

(1.中國中鐵股份有限公司，北京 100039；2.陜西鐵路工程職業技術學院，陜西渭南 714000；3.中鐵一局集團有限公司，西安 710054)

近年來，我國經濟飛速發展。在建國初期至20世紀90年代修建的鐵路已經不能滿足運營需求，鐵路擴能改造勢在必行。此類工程的共同點是既有線施工，安全風險大[1-5]。其中站改工程是鐵路擴能改造工程的重點和難點。建設單位、施工單位如何將站改工程合理、安全、高效地組織到位，更是鐵路擴能改造工程的重中之重。

站改工程能否順利、快捷的進行，站改方案的合理與否是關鍵。站改方案的合理性是建立在各專業施工內容融合的基礎之上的，然而，站改工程涉及專業的多樣性(土建、通信、信號、供電、接觸網等)和專業的特殊性致使建設單位和各施工單位無法準確地把握全部專業的特點和施工內容，導致在施工中存在盲目性。

目前，站改工程各專業圖紙均采用傳統的二維圖紙。各專業設計是否合理和各專業之間施工內容是否存在影響均無法提前檢驗，導致各專業在施工過程中出現停工和返工現象。因此，對各專業圖紙進行整合，提前了解各專業施工內容是確定站改方案的基礎，對方案的合理性進行檢查更是站改工程的關鍵。

1 項目概況

1.1 城固車站站改工程介紹[6]

本工程位于陽安二線既有城固車站，站改范圍K144+200～K146+260，既有到發線4條(含正線1條)，均為60 kg/m軌，新增正線在進站端與既有正線并行引入，改建后設到發線5條(含2條正線)，有效長度為880 m。車站對側新建中間站臺1座，改建站臺1座，新建接觸網工區1處，新建1—8 m旅客地道1處，改建既有專用線，相應改建車站咽喉。

1.2 本項目施工階段特點[6-7]

(1)既有線施工，行車安全風險大

陽安鐵路，西起寶成鐵路的陽平關車站，經寧強、勉縣、漢中、洋縣、西鄉、石泉、漢陰等縣(市)境，東抵陜南重鎮安康，與襄渝鐵路接軌，全長356.5 km。是橫貫陜南，連接寶成、襄渝2條鐵路干線的聯絡線，是中國第二條電氣化鐵路。該線路行車密度大，陽安二線施工距離既有線較近，為臨近營業線施工，安全風險極大。

(2)管線復雜，管線安全壓力大

由于陽安線為電氣化鐵路，管線(信號、通信、供電、接觸網)錯綜復雜，對站改施工提出了更高的安全要求。

(3)專業繁雜，交叉施工作業多

站改工程牽涉專業多，且各專業施工均要在站改施工周期內全部實現，空間和時間交叉面多，協調難度大。

(4)要點施工，對工序施工作業效率要求高

站改施工為既有線施工，既要保證鐵路的正常運營，又要完成站改施工任務，這就要求施工必須在有限的時間內完成，影響鐵路運營的施工工序只能在鐵路封鎖點內進行，這就要求點內施工必須高效、快速、保證質量地完成施工任務。因此，對站改施工方案的要求極高。

2 BIM技術應用目標

BIM(Building Information Modeling，即：建筑信息模型)是利用數字模型對項目進行設計、施工、運營的過程。包含了項目所有的幾何、物理、功能和性能信息，項目不同的參與方在項目的各個階段可以基于同一模型，利用和維護這些信息進行協同工作，對項目進行各種類型和專業的計算、分析和模擬。BIM的提出和發展，對工程建設行業的科技進步產生了重大影響。應用BIM技術可大幅度提高工程建設的集成化程度，促進工程建設行業生產方式的轉變，提高投資、設計、施工、運維乃至整個工程生命期的質量和效率，提升科學決策和管理水平。利用BIM技術指導工程施工，可以有效支撐工業化建造和綠色施工、優化施工方案，促進工程項目實現精細化管理、提高工程質量、降低成本和安全風險[8-16]。

針對城固車站站改工程具體特點，結合國內BIM技術在鐵路工程方面的應用經驗，主要研究應用BIM技術解決站改工程施工中方案的確定和施工管理中存在的問題。具體分為以下幾個方面：

(1)建立城固車站站改前后BIM對比模型，并進行整合，在模型中直觀地展示新老站場交叉范圍，對站改方案的確定起到直觀的指導和輔助作用；

(2)借助BIM可視化、可模擬性的優勢，對站改方案的比選、優化與確定起輔助作用；

(3)借助精細化BIM模型，對關鍵部位的測量信息進行復核；

(4)通過站改方案BIM模擬協助布置場地以及制定材料進場計劃；

(5)應用BIM模擬技術對車站站改方案及關鍵工藝進行交底。

3 BIM技術在本工程施工中的應用

3.1 建模

建立精確、可靠的數字信息模型是運用BIM技術指導施工的前提條件。本工程主要根據后期應用進行建模劃分，并將類似結構，或者一些標準、通用構件，提前嵌入零部件中，通過提取這些知識，并在模型內部進行配置，從而實現知識的重用，提高建模效率。采用CATIA建模軟件對城固車站所有二維CAD圖紙進行整合，模型數據均與二維圖紙相對應，精度高、數量全。模型包括路基、橋涵、軌道(既有和新建)、道岔、信號、接觸網、旅客地道、雨棚。如圖1～圖3所示。

圖1 城固車站既有設備BIM模型

圖2 城固車站站改后BIM模型

圖3 城固車站站改工程BIM模型細部構造示意

3.2 審圖及碰撞檢查

圖紙會審是工程項目技術部門在前期項目準備階段的主要內容之一，是保證圖紙準確無誤的基礎。利用BIM模型將三維的工程實體進行全方位顯示，直接、清晰地表示出各專業構件之間的空間關系，大大降低技術人員理解圖紙的難度，提高工作效率。本工程共發現旅客地道、路基、接觸網立柱與水溝、給水消防管與旅客地道、雨水污水管與旅客地道、旅客地道與雨棚、雨棚基礎和雨水污水管、信號燈與水溝等專業間碰撞共21處。圖4顯示部分碰撞情況。

圖4 部分碰撞情況示意

3.3 交叉施工

由于站改工程涉及專業多，交叉施工是不可避免的。為使各專業施工在前期部署和施工計劃安排上更加合理，減少返工和浪費，通過BIM軟件對各專業圖紙進行整合，結合BIM技術的可視化優勢，使各專業在模型視圖中對施工內容更加清晰，對不同專業之間存在交叉施工的部位和區域進行匯總，為站改工作的推進提供依據。圖5列出應用BIM技術檢查出的典型電纜過軌情況，為信號線路及軌道線路交叉施工安全順利進行提供可靠依據。

圖5 電纜過軌施工示意

3.4 遷改工程

對既有線、既有構造物、設計線路模型進行整合并綜合分析，借助BIM技術的三維可視化優勢，將站改工程需要拆遷的線路和構造物進行匯總分析，確定拆遷范圍和內容，從而更形象、更直觀地對站改工作量進行把握，在站改項目實施前做好拆遷工作，為站改正式啟動掃清障礙(圖6，圖7)。

圖6 設計線路和既有線路及既有構造物模型整合

圖7 K144+883～K145+113需要拆除股道示意

3.5 放樣坐標的查詢

精細化BIM模型能夠提供高精度的坐標信息，對關鍵部位的測量信息進行復核，并直接為施工現場提供數據來源。如表1所示。

表1 城固車站站改工程坐標復核一覽

3.6 站改方案模擬

借助BIM技術的可視化和可模擬性，對站改方案進行模擬施工，同時對方案的合理性進行分析和討論，進行優化后用于指導施工。

3.7 場地布置及材料計劃安排

根據站改方案的BIM模擬，結合既有線及既有構造物情況，借助BIM模型的可視化優勢，確定施工材料的進場順序和堆放位置，保證站改工程材料進場順利進行，既不耽誤施工進度又能做到工完料清，實現材料及場地的科學管理和合理利用。如圖8、表2所示。

圖8 某處材料場地位置示意

表2 城固車站站改工程材料進場計劃

3.8 站改施工關鍵工藝模擬

借助BIM技術對關鍵工藝進行模擬，可以使技術人員對施工工藝及方法有更加深刻的認識和掌握，在施工現場可以更加熟練及時地指導施工。尤其對于日益年輕化的項目團隊，此項工作更顯重要。

3.9 結構物的虛擬建造

將BIM模型導入工作平臺，使模型與施工計劃甘特圖相關聯，實現模型與時間軸相對應的虛擬建造，見圖9。

3.10 漫游

利用BIM軟件和VR眼鏡在城固車站模型中進行漫游，使項目建設管理者在施工前對建成的項目實現感官上的總體認識，為指導施工提供依據。在進行漫游的同時可以進行問題的管理和剖切面的查看。見圖10。

圖9 旅客地道虛擬建造截圖

圖10 旅客地道剖面

4 結論

(1)建立了城固車站站改工程精細化BIM模型，為應用BIM技術指導施工提供可靠依據。

(2)借助BIM技術，充分發揮其數據化、可視化、可模擬化以及協同工作優勢，完成審圖及碰撞檢查、交叉施工情況分析、遷改工程深入論證、施工關鍵工藝模擬、結構物虛擬建造以及漫游等施工前期準備工作，為工程施工高效推進提供了參考依據。

(3)BIM技術在城固車站站改工程中的成功應用，取得了良好的經濟效益和社會效益，對于類似工程應用BIM技術具有較好的借鑒作用。